Sintesis Kimia: Metode baru yang dapat digeneralisasikan untuk pembentukan mekanis struktur molekul tiga dimensi
Para peneliti HU mengembangkan motor nano berbasis cahaya dan menggunakannya untuk menghasilkan molekul berbentuk cincin yang saling terkait seperti tautan dalam rantai.
Berlin, 31 Juli 2025 – Benang dan tali sangat ideal untuk mengepang, mengikat dan menenun. Dalam kimia, di sisi lain, pemrosesan untaian molekuler semacam itu merupakan tantangan yang hampir mustahil. Ini karena molekul tidak hanya kecil, mereka terus bergerak dan karenanya tidak dapat dengan mudah disentuh, dipegang atau dibentuk secara khusus.
Sebuah kelompok penelitian di Institute of Chemistry di Humboldt-Universität Zu Berlin (HU), yang dipimpin oleh Michael Kathan, kini telah berhasil membungkus dua untaian molekul di sekitar satu sama lain menggunakan nano-motor buatan, yang digerakkan oleh nano, dengan demikian, menciptakan struktur yang sangat kompleks: dari catenane (dari latin “latin” = latin “=. Catenanes terdiri dari dua molekul berbentuk cincin yang saling terkait seperti tautan dalam rantai – tanpa saling terhubung secara kimia. Hasil penelitian diterbitkan dalam jurnal Sains .
Nano-motor membawa jenis kontrol mekanis baru ke dunia molekul
“Apa yang kami kembangkan pada dasarnya adalah mesin mini yang didorong oleh cahaya dan berputar ke satu arah,” kata Michael Kathan. Kami menggunakan gerakan terkontrol ini untuk secara mekanis membungkus dua untaian molekul di sekitar satu sama lain dan menghubungkannya – terlepas dari apakah mereka akan melakukan ini sendiri atau tidak. Untuk pertama kalinya, motor kami membawa semacam kontrol mekanis ke dunia molekul yang sebelumnya hanya kami ketahui dari dunia makroskopis. “
Proses baru dapat menghasilkan berbagai struktur tiga dimensi tertentu
Dalam kimia sintetis, hampir tidak mungkin untuk menjalin molekul dengan cara yang ditargetkan, terutama ketika pengaturan ini bertentangan dengan proses alami molekul mandiri. Di alam, molekul terus bergerak dan dapat berkumpul menjadi struktur tiga dimensi dalam proses ini. Blok bangunan sel seperti protein atau DNA molekul genetik dirakit dengan cara ini. Namun, ini umumnya bukan struktur yang solid dan permanen. Untuk alasan ini, apa yang disebut templat sering digunakan di laboratorium – templat molekuler yang menyediakan struktur spesifik tetapi hanya bekerja dengan molekul tertentu. Metode baru mengambil pendekatan yang berbeda: mesin molekuler buatan dapat memaksa sejumlah besar molekul ke dalam berbagai macam struktur tiga dimensi. Didorong oleh cahaya, motor yang berputar menghasilkan koil yang ditentukan secara mekanis dengan setiap langkah, yang kemudian diperbaiki secara kimia. Gerakan ini diarahkan dan dapat diprogram. “Metode kami adalah pendekatan bebas templat pertama yang memungkinkan kontrol mekanis yang tepat, dan juga mudah untuk digeneralisasi,” kata Michael Kathan.
Kemungkinan baru untuk desain bahan inovatif
Catenanes yang disintesis di laboratorium menggunakan metode baru dianggap sebagai blok bangunan dasar untuk struktur terjerat secara mekanis seperti rantai molekuler, jaringan atau jaringan. Studi yang sekarang disajikan menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa struktur tersebut pada prinsipnya dapat dihasilkan dari molekul yang sangat berbeda. Studi ini dengan demikian memberikan pendekatan konseptual yang mendasar dan dapat digeneralisasikan: arsitektur kompleks, yang didefinisikan secara mekanis secara teknis layak pada tingkat molekuler. Ini pada dasarnya memperluas ruang lingkup sintesis kimia saat ini dan membuka kemungkinan merancang seluruh bahan khusus dari molekul terjerat secara mekanis di masa depan. Bahan -bahan seperti itu akan memiliki sifat khusus: karena struktur molekulnya, mereka akan sangat fleksibel dan pada saat yang sama sangat resisten.
Gambar untuk diunduh
Tautan ke beranda kelompok penelitian
